CN209446027U - 基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，安装于设有振动夯的整平船上，其特征在于，包括安装于整平船上的GPS接收机和振动补偿量测试单元，振动补充量测试单元包括激光测距仪，激光测距仪本体固定安装于不参与振动的振动夯机架上，其激光源可发射沿振动夯振动方向的检测光束，用于反射检测光束的反光板固定安装于振动夯的振动结构上。该高程测量系统和测试方法应用于整平船振动夯的水下抛石机床整平作业高程测量，可实现高精度测量，且可应用于外海。
Description
技术领域
本实用新型属于水利工程施工领域，具体涉及基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统。
背景技术
目前采用振动夯平方法进行水下抛石基床进行作业时，目前采用振动夯平方法进行水下抛石基床进行作业时，高程测控方式方法主要有两种：其一是采用钢丝绳与振动夯板进行连接，通过编码器记录钢丝绳的通过量，并与船上的GPS实时标高进行计算，但是，由于整平作业中夯板一直处于高频振动中，导致钢丝绳抖动，从而造成由于钢丝绳通过量增加而此部分误差无法修正，造成该高程测试方法测试精度低；其二是采用将棱镜安装于振动结构，采用全站仪自动跟踪棱镜高程的方式提供高程，但受限于全站仪跟踪范围，该方法无法在外海使用。
现有技术缺少适用于外海整平船振动夯的水下抛石机床整平作业的高精度高程测量系统和测量方法。
发明内容
针对现有技术不足，本实用新型要解决的技术问题是，基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，该高程测量系统和测试方法应用于整平船振动夯的水下抛石机床整平作高程测量，可实现高精度测量，且可应用于外海。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，安装于设有振动夯的整平船上，包括安装于整平船上的GPS接收机和振动补偿量测试单元，振动补充量测试单元包括激光测距仪，激光测距仪本体固定安装于不参与振动的振动夯机架上，其激光源可发射沿振动夯振动方向的检测光束，用于反射检测光束的反光板固定安装于振动夯的振动结构上。
作为优选，其激光源向上设置，反光板安装于激光源上方。
作为优选，上述系统还包括安装于整平船上的可测试船体倾斜角度的倾角测试单元。
作为优选，倾角测试单元包括双轴倾角传感器，双轴倾角传感器的安装方向为船体左倾时横向倾角输出正值，且船体尾倾时纵向倾角输出值为负值。
作为优选，还包括安装于整平船上的微处理单元，所述微处理单元分别无线电连接GPS接收机、倾角测试单元和激光测距仪。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：提供了基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，该高程测量系统和测试方法应用于整平船振动夯的水下抛石机床整平作业高程测量，可实现高精度测量，且可应用于外海。具体而言：
(1)该系统采用激光测距仪可测量由夯板下沉、振动及船舶横摇影响带来高程误差，可实现整平作业中振动夯的水下抛石机床整平作业高程的实时精确测量，且激光测距仪本体不直接安装于振动夯的振动结构，可保证设备的使用寿命不受振动过程影响。该系统采用GPS 提供高程基础值测量数据，不受距岸传输距离的限制，可以应用于外海施工。
(2)优选方案中，系统添加了倾角测试单元，倾角测试单元配合激光测距仪可测试整平船船体横向或纵向倾斜引起的激光测距仪变化，计算相应的倾斜补偿参量，使所得高程测量结果更加精确。
(3)优选方案中，系统添加了与GPS接收机、倾角传感器和激光测距仪无线电连接的微处理单元，微处理单元可进行实时数据采集、计算、显示和存储，更加方便该系统的使用。
附图说明
图1为本实用新型的高程测量系统的装配状态示意图；
图2为图1的A部分放大图；
图3为本实用新型测试方法中横倾补偿量计算的结构参量示意图；
图4为本实用新型测试方法中纵倾补偿量计算的结构参量示意图。
以上个图中：1-导向钢管，2-机架，21-横梁，3-激光测距仪本体，31-激光源，32-反光板，4-倾角测试单元，5-GPS接收机，6-整平船。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例：
如图1和2所示，一种基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，安装于设有振动夯的整平船上，包括安装于整平船上的GPS接收机和振动补偿量测试单元，振动补充量测试单元包括激光测距仪，激光测距仪本体固定安装于不参与振动的振动夯机架上，其激光源可发射沿振动夯振动方向的检测光束，用于反射检测光束的反光板固定安装于振动夯的振动结构上。
具体的，其激光源向上设置，反光板安装于激光源上方。
以反光板在上，激光测距仪本体在下设置为例，应用上述基于激光测距仪的高程测量系统的高程测试方法，以整平船6所在水平面为 0点，向上为高度正值，向下为高度负值，包括以下步骤：
基础值测量：整平船6就位后，利用常规方法测量振动夯位夯板位于甲板面以上时，GPS接收机5与夯板的竖直距离A，以及夯板与待整平基床石料的竖直距离b，记录此时GPS接收机5显示的GPS接收机5的实时高度值HGPS，则高程基础值为H0＝HGPS-A-b；
高程补偿量测试：高程补充量ΔH包括由夯板下沉、振动及船舶横摇影响的补偿量ΔX，ΔX为夯板就位后振动作业中测得的激光测距仪实时值与振动作业前的激光测距仪初始值的差值，激光测距仪的显示值为其激光源31和反光板32间的距离；
数据修正：振动夯的实际高程H为高程基础值H0与高程补偿量Δ H的加和，即H＝HGPs-A-b+ΔH。
同理，以反光板在下，激光测距仪本体在上设置也可以类似的方法测试高程补充量ΔH。
上述高程测试系统用激光测距仪可测量振动夯夯板下沉、振动及船舶横摇带来高程误差，用于计算振动补偿量，可实现整平作业中振动夯的水下抛石机床整平作业高程的实时精确测量，且激光测距仪本体不直接安装于振动夯的振动结构，可保证设备的使用寿命不受振动过程影响。该测试系统和测试方法采用GPS提供高程基础值测量数据，不受距岸传输距离的限制，可以应用于外海施工。
具体的，为了更加精确的测量高程，上述系统还包括安装于整平船6上的可测试整平船6船体倾斜角度的倾角测试单元4。
具体的，为了将整平船6横向倾斜和纵向倾斜对高程测量的影响都纳入测试范围，倾角测试单元4包括双轴倾角传感器，双轴倾角传感器的安装方向为船体左倾时横向倾角输出正值，且船体尾倾时纵向倾角输出值为负值。
如图3所示，应用上述测试系统，考虑船体横向倾斜对高程影响，则高程测试方法中，高程补偿量还包括横倾补偿量 为因整平船6船体横向倾斜引起的激光测距仪测量变化值，高程补偿量测试步骤还包括横倾补偿量测试：
选定船体上的一个固定位点作为参照物(如以振动夯机架2的横梁21上表面为参照物)，利用常规方法测量GPS接收机5距整平船6 船体横摇中心的水平距离L1，夯板中心距整平船6船体横摇中心的水平距离L2，整平船6甲板距吃水线竖直高度H1，GPS接收机5距甲板的竖直高度H2，GPS接收机5距参照物(横梁21上表面)的竖直高度H3，参照物(横梁21上表面)距距甲板的竖直高度H4，激光测距仪激光源31与参照物(横梁21上表面)的竖直距离H5，以及参照物 (横梁21上表面)距夯板底部的竖直距离H7；
记录夯板振动中的激光测距仪示数H6和横向倾角实测值，计算横向倾角实测值与作业前的初始值的差值作为横向倾角变化值Δα；
利用公式计算横摇中心与GPS 接收机5的连线距离L33；
利用公式α1＝arcsin[(H1+H3+H4)/L3]，计算GPS接收机5与船体横摇中心连线的与甲板夹角α1；
利用公式α2＝arcsin[(H6-H5+H4+H1)/L4]，计算反光板32实时位置与船体横摇中心连线的与甲板夹角α2；
利用公式计算横摇中心与反光板32的连线距离L44；
利用公式 计算即得横倾补偿量
上述测试系统和测试方法中横倾补充量的引入，计入了因整平船 6船体横向倾斜引起的激光测距仪测量值的影响，引入了相应的横倾补偿量，可以更好的适应水上作业整平船时常产生倾斜的情况，使高程测试结果更加精确。
如图4所示，考虑船体纵向倾斜对高程影响，应用上述测试系统，则高程测试方法中，高程补偿量还包括纵倾补偿量-ΔHβ，ΔHβ为因整平船船体纵向倾斜引起的激光测距仪测试变化值，高程补偿量测试步骤还包括纵倾补偿量测试：
利用常规方法测量GPS接收机距整平船船体纵摇中心的水平距离 L1’，夯板中心距整平船船体纵摇中心的水平距离L2’；
记录纵向倾角实测值，计算纵向倾角实测值与作业前的初始值的差值作为纵向倾角变化值Δβ；
利用公式计算纵摇中心与GPS 接收机连线距离L3’；
利用公式计算纵摇中心距反光板32连线距离L4’；
利用公式β1＝arcsin[(H1+H3+H4)/L3’]，计算GPS接收机与船体纵摇中心的连线与甲板夹角β1；
利用公式β2＝arcsin[(H6-H5+H4+H1)/L4’]，为反光板32实时位置与船体纵摇中心的连线与甲板夹角β2；
利用公式ΔHβ＝L4’[sin(β2+Δβ)-sinβ2]+L3’[sin(β1+ Δβ)-sinβ1]，计算ΔHβ，即得纵倾补偿量-ΔHβ。
此时，高程补偿量实际高程值为
上述测试系统和测试方法，在引入横倾补充量的同时，进一步引入了纵倾补充量，计入了因整平船6船体纵向倾斜对激光测距仪测量值的影响，引入了相应的纵倾补偿量，可以更好的适应水上作业整平船时常产生倾斜的情况，使高程测试结果更加精确。
在振动夯水下整平作用中实测高程值可用于与施工预设的基床标高设计值进行比较判断整平船和振动夯施工就位是否满足要求，若即满足施工要求，若不满足施工要求可根据计算结果进行相应调整。
具体的，为了使该测试系统使用更加方便，上述测试系统还包括还包括安装于整平船上的微处理单元，所述微处理单元分别无线电连接GPS接收机5、倾角传感器4和激光测距仪。微处理单元可对GPS 接收机5、倾角传感器4和激光测距仪的数据进行实时数据采集、计算、显示和存储，更加方便该系统的使用。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，安装于设有振动夯的整平船上，其特征在于，包括安装于整平船上的GPS接收机和振动补偿量测试单元，振动补充量测试单元包括激光测距仪，激光测距仪本体固定安装于不参与振动的振动夯机架上，其激光源可发射沿振动夯振动方向的检测光束，用于反射检测光束的反光板固定安装于振动夯的振动结构上。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，其特征在于，其激光源向上设置，反光板安装于激光源上方。
3.根据权利要求1所述的基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，其特征在于，还包括安装于整平船上的可测试船体倾斜角度的倾角测试单元。
4.根据权利要求3所述的基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，其特征在于，倾角测试单元包括双轴倾角传感器，双轴倾角传感器的安装方向为船体左倾时横向倾角输出正值，且船体尾倾时纵向倾角输出值为负值。
5.根据权利要求4所述的基于激光测距仪的振动夯平高程测量系统，其特征在于，还包括安装于整平船上的微处理单元，所述微处理单元分别无线电连接GPS接收机、倾角测试单元和激光测距仪。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116007510A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-04-25 | 中交第一航务工程局有限公司 | 一种平台式整平船抛石管长度修正方法 |
| CN116084381A (zh) * | 2023-03-07 | 2023-05-09 | 中交第一航务工程局有限公司 | 一种水下块石基床爆夯后补料、补夯、整平的方法 |
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